第六章 教案

1第六章加工中心加工工艺及加工中心使用第一节概述一、加工中心的分类（一）按照机床主轴布局形式分类1．立式加工中心指主轴轴心线为垂直状态设置的加工中心。2．卧式加工中心指主轴轴线为水平状态设置的加工中心。3．龙门式加工中心龙门式加工中心形状与龙门铣床相似，主轴多为垂直设置，带有自动换刀装置，带有可更换的主轴头附件，数控装置的软件功能也较齐全，能够一机多用，尤其适用于大型或形状复杂的工件。4．复合加工中心复合加工中心指立、卧两用加工中心，既具有立式加工中心功能又有卧式加工中心的功能。这种加工中心通常有两类：一类是靠主轴旋转90°，实现立、卧加工模式的切换。另一类靠数控回转台绕X轴旋转90°，实现两种加工功能。（二）按换刀形式分类1．带刀库、机械手的加工中心加工中心的换刀装置（ATC）是由刀库和机械手组成，换刀机械手完成换刀工作。2．无机械手的加工中心这种加工中心的换刀是通过刀库和主轴箱的配合动作来完成。3．转塔刀库式加工中心一般在小型立式加工中心上采用转塔刀库形式，主要以孔加工为主。二、加工中心的主要加工对象1．箱体类零件箱体类零件一般是指具有孔系和平面，内部有一定型腔，在长、宽、高方向有一定比例的零件。2．带复杂曲面的零件零件上的复杂曲面用加工中心加工时，与数控铣削加工基本是一样的，所不同的是加工中心刀具可以自动更换，工艺范围更宽。3．异形件异形件是外形不规则的零件，大都需要点、线、面多工位混合加工，还有各种样板、靠模等均属此类。24．盘、套、轴、板、壳体类零件带有键槽、径向孔或端面有分布的孔系及曲面的盘、套或轴类零件，如带法兰的轴套，带键槽或方头的轴类零件，具有较多孔加工的板类零件和各种壳体类零件等，适合在加工中心上加工。加工部位集中在单一端面上的盘、套、轴、板、壳体类零件宜选择立式加工中心，加工部位不在同一方向表面上的零件可选卧式加工中心。第二节加工中心加工工件的安装及对刀、换刀一、加工中心加工工件的安装（一）加工中心加工定位基准的选择1．加工中心加工选择定位基准的基本要求（1）所选基准应能保证工件定位准确，装卸方便、迅速，夹压可靠，夹具结构简单；（2）所选基准与各加工部位间的各个尺寸计算简单；（3）保证各项加工精度。2．选择定位基准应遵循的原则（1）尽量选择零件上的设计基准作为定位基准。（2）当零件的定位基准与设计基准不能重合且加工面与其设计基准又不能在一次安装内同时加工时，应认真分析装配图纸，确定该零件设计基准的设计功能，通过尺寸链的计算，严格规定定位基准与设计基准间的公差范围，确保加工精度。（3）当在加工中心上无法同时完成包括设计基准在内的全部表面加工时，要考虑用所选基准定位后，一次装夹能够完成全部关键精度部位的加工。（4）定位基准的选择要保证完成尽可能多的加工内容。为此，需考虑便于各个表面都能被加工的定位方式。对非回转类工件，最好采用一面两孔的定位方案，以便刀具对其它表面进行加工。若工件上没有合适的孔，可增加工艺孔进行定位。（5）批量加工时，零件定位基准应尽可能与建立工件坐标系的对刀基准（对刀后，工件坐标系原点与定位基准间的尺寸为定值）重合。（6）必须多次安装时应遵从基准统一原则。（二）加工中心夹具的确定1．对夹具的基本要求（1）夹紧机构或其它元件不得影响进给，加工部位要敞开。（2）为保持零件安装方位与机床坐标系及编程坐标系方向的一致性，夹具应能保证在机床上实现定向安装，还要求能使零件定位面与机床之间保持一定的坐标联系。（3）夹具的刚性和稳定性要好。①在考虑夹紧方案时，夹紧力应力求靠近主要支撑点，或在支撑点所组成的三角形内，并靠近切削部位及刚性好的地方，尽量不要在被加工孔的上方。②尽量不采用在加工过程中更换夹紧点的设计。当非要在加工过程中更换夹紧点不可时，要特别注意不能因更换夹紧点而破坏夹具或工件定位精度。（4）装卸方便，辅助时间尽量短。由于加工中心效率高，装夹工件的辅助时间对加工效3率影响较大，所以要求配套夹具在使用中也要装卸快而方便。（5）对小型零件或工序不长的零件，可以考虑在工作台上同时装夹几件进行加工，以提高加工效率。（6）夹具结构应力求简单。（7）减少更换夹具的准备——结束时间。（8）减小夹具在机床上的使用误差。2．常用夹具种类（1）通用夹具一般为可装夹各种零件的机床附件或通用装夹工具。如各种虎钳、分度头和三爪卡盘等通用夹具。（2）组合夹具组合夹具是由一套结构已经标准化，尺寸已经规格化的通用元件、组合元件所构成。可以按工件的加工需要组成各种功用的夹具。组合夹具有槽系组合夹具和孔系组合夹具。（3）专用夹具这是特别为某一项或类似的几项加工专门设计制造的夹具，具有结构合理，刚性强，装夹稳定可靠，操作方便，提高安装精度及装夹速度等优点。（4）可调整夹具是组合夹具和专用夹具的结合。可调整夹具能有效地克服以上两种夹具的不足，既能满足加工精度要求，又有一定的柔性。（5）多工位夹具可以同时装夹多个工件，减少换刀次数，也便于一面加工，一面装卸工件，有利于缩短辅助时间，提高生产率，较适宜于中批量生产。（6）成组夹具通过工艺分析，把形状相似、尺寸相近的各种零件进行分组编制成组工艺，然后把定位、夹紧和加工方法相同的或相似的零件集中起来，统筹考虑夹具的设计方案。3．加工中心夹具选用的原则（1）在单件生产或产品研制时，应广泛采用通用夹具、组合夹具和可调整夹具，只有在通用夹具、组合夹具和可调整夹具无法解决工件装夹时才考虑采用其它夹具。（2）小批量或成批生产时可考虑采用简单专用夹具。（3）在生产批量较大时可考虑采用多工位夹具和高效气动、液压等专用夹具。（4）采用成组工艺时应使用成组夹具。4．确定零件在机床工作台上装夹时的最佳位置ziiLZHmin（6-1）ziiLZHmax（6-2）满足式（6-1）可以避免机床负向超程，满足式（6-2）可以避免机床正向超程。在满足上述两式的情况下，多工位加工时工件应尽量居工作台中间部位；单工位加工（如图6-17所示件1加工A面上孔）或相邻两工位加工时（如图6-17中件2上B、C面加工），则将零件靠工作台一侧或一角安置，以减小刀具长度，提高系统刚性。此外，还应能方便准确地测量各工位工件坐标系原点的位置。二、加工中心加工的对刀、换刀（一）对刀点与换刀点的确定1．对刀点的确定一般来说，加工中心对刀点应选在工件坐标系原点上，或至少X，Y方向重合，这样有利于保证对刀精度，减少对刀误差。也可以将对刀点或对刀基准设在夹具定位元件上，这样可直4接以定位元件为对刀基准对刀，有利于批量加工时工件坐标系位置的准确。2．换刀点的确定换刀点的位置应根据换刀时刀具不碰到工件、夹具和机床的原则而定。一般加工中心的换刀点往往是固定的点。（二）对刀方法1．工件坐标系原点（对刀点）为圆柱孔（或圆柱面）的中心线（1）采用杠杆百分表（或千分表）对刀操作步骤为：①用磁性表座将杠杆百分表粘在机床主轴端面上并利用手动输入“M03S5”指令，使主轴低速正转；②手动操作使旋转的表头依X，Y，Z的顺序逐渐靠近孔壁（或圆柱面）；③移动Z轴，使表头压住被测表面，指针转动约0.lmm；④逐步降低手动脉冲发生器的X，Y移动量，使表头旋转一周时，其指针的跳动量在允许的对刀误差内，如0.02mm，此时可认为主轴的旋转中心与被测孔中心重合；⑤记下此时机床坐标系中的X，Y坐标值。此X，Y坐标值即为G54指令建立工件坐标系时的X，Y偏置值。（2）采用寻边器对刀操作步骤为：①取出寻边器装在主轴上并依X，Y，Z的顺序手动操作将寻边器测头靠近被测孔，使其大致位于被测孔的中心上方；②将测头下降至球心超过被测孔上表面的位置；③沿X（或Y）方向缓慢移动测头直到测头接触到孔壁，指示灯亮，然后反向移动至指示灯灭；④逐级降低移动量（0.1mm→0.01mm→0.00lmm），移动测头直至指示灯亮，再反向移动至指示灯灭，最后使指示灯稳定发亮（此项操作的目的是获得准确的对刀精度）；⑤把机床相对坐标X（或Y）置零，用最大移动量将测头向另一边孔壁移动，指示灯亮，然后反向移动至指示灯灭；⑥重复操作第④项；⑦记下此时机床相对坐标的X（或Y）值；⑧将测头向孔中心方向移动到前一步骤记下X（或Y）坐标的一半处，即得被测孔中心的X（或Y）坐标；⑨沿Y（或X）方向，重复以上操作，可得被测孔中心的Y（或X）坐标。这种方法操作简便、直观，对刀精度高，应用广泛，但被测孔应有较高的精度。2．工件坐标系原点（对刀点）为两相互垂直直线的交点（1）采用碰刀（或试切）方式对刀操作步骤为：①将所用铣刀装到主轴上并使主轴中速旋转；②手动移动铣刀沿X（或Y）方向靠近被测边，直到铣刀周刃轻微接触到工件表面，即听到刀刃与工件的摩擦声但没有切屑；5③保持X、Y坐标不变，将铣刀沿+Z向退离工件；④将机床相对坐标X（或Y）置零，并沿X（或Y）向工件方向移动刀具半径的距离；⑤将此时机床坐标系下的X（或Y）值输入系统偏置寄存器中，该值就是被测边的X（或Y）偏置值；⑥沿Y（或X）方向重复以上操作，可得被测边的Y（或X）偏置值。（2）采用寻边器对刀操作步骤与采用刀具对刀相似，只是将刀具换成了寻边器，移动距离是寻边器触头的半径。3．机外对刀仪对刀机外对刀仪用来测量刀具的长度、直径和刀具形状、角度。（1）对刀仪的组成对刀仪由下列三部分组成：1）刀柄定位机构2）测头与测量机构3）测量数据处理装置（2）使用对刀仪应注意的问题1）使用前要用标准对刀心轴进行校准。2）静态测量的刀具尺寸和实际加工出的尺寸之间有一差值。4．刀具Z向对刀可以采用刀具直接碰刀对刀，也可利用Z向设定器进行精确对刀。加工中心的Z向对刀一般有两种方法：（1）机上对刀。这种方法是采用Z向设定器依次确定每把刀具与工件在机床坐标系中的相互位置关系。其操作步骤如下：①依次将刀具装在主轴上，利用Z向设定器确定每把刀具到工件坐标系Z向零点的距离；②找出其中最长（或最短）、到工件距离最小（或最大）的刀具，如图中的T03（或T0l），将其对刀值C（或A）作为工件坐标系的Z值，此时H03＝0；③确定其他刀具的长度补偿值，即H01＝AC，H02＝BC，正负号由程序中的G43或G44来确定。（2）机外刀具预调+机上对刀。这种方法是先在机床外利用刀具预调仪精确测量每把刀具的轴向和径向尺寸，确定每把刀具的长度补偿值，然后在机床上以主轴轴线与主轴前端面的交点（主轴中心）进行Z向对刀，确定工件坐标系。（三）卧式加工中心多工位加工中的对刀问题1．工件坐标系原点的测量（1）直接测量①X、Y坐标值的测量则工件坐标系X、Y坐标值为：622DHYYDHXXMWMW（6-3）式中H——块规尺寸；D——检轴直径；MX——工作台X向移动距离，取正值；MY——主轴Y向移动距离，取正值。MX、MY均在机床屏幕上“机床坐标系”页面中显示，但显示值为负。②Z坐标值测量测量方法同①（见图6-28），工件坐标系Z坐标值为：HTZZMW（6-4）式中T——检轴长度；MZ——工作台Z向移动距离，取正值。MZ也在机床屏幕上“机床坐标系”页面中显示，显示值亦为负。（2）工作台回转180°时X坐标值的计算XXXXXXccG56G54（6-5）G56G56G542XXXXXXcccG54G562XXXc（6-6）2．确定卧式加工中心多工件坐标系坐标值的计算法（1）计算法的基本原理及公式推导11ZZZXXXcc（6-7）iiiiZZZXXX11（6-8）sincosZXCDOBXXi得出XZXXisincos（6-9）又sincosXZABACZZi得出sincosXZZZi（6-10）将式（6-9）、式（6-10）带入式（6-8）得sincossincos11XZZZZXZXXXii经整理得出所求的计算公式7sincossincosXZZZZXXXcici（6-11）Y坐标